JP5151275B2 - Fuel cell moisture content estimation system - Google Patents

Fuel cell moisture content estimation system Download PDF

Info

Publication number
JP5151275B2
JP5151275B2 JP2007174798A JP2007174798A JP5151275B2 JP 5151275 B2 JP5151275 B2 JP 5151275B2 JP 2007174798 A JP2007174798 A JP 2007174798A JP 2007174798 A JP2007174798 A JP 2007174798A JP 5151275 B2 JP5151275 B2 JP 5151275B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
amount
moisture
wet state
moisture content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007174798A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009016102A (en
Inventor
竜昭 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007174798A priority Critical patent/JP5151275B2/en
Publication of JP2009016102A publication Critical patent/JP2009016102A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5151275B2 publication Critical patent/JP5151275B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、燃料電池内の水分量を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating the amount of water in a fuel cell.

従来、電流遮断法を用いて燃料電池内の水分量を測定する技術がある(特許文献1を参照)。   Conventionally, there is a technique for measuring the amount of water in a fuel cell using a current interruption method (see Patent Document 1).

また、吸気に含まれる水分量と、排気に含まれる水分量と、発電に伴って生成される水分量とを積算によって算出し、算出結果に基づいて吸気を制御する燃料電池システムにおいて、電流遮断法を用いて測定した水分量を用いて、定期的に積算によって算出された水分量を初期化する技術がある(特許文献2を参照)。
特開2005−166601号公報 特開2004−192973号公報
In addition, in a fuel cell system that calculates the amount of water contained in intake air, the amount of water contained in exhaust gas, and the amount of water generated as a result of power generation by integration, and controls intake air based on the calculation result, current interruption There is a technique for periodically initializing a moisture amount calculated by integration using a moisture amount measured using a method (see Patent Document 2).
JP 2005-166601 A JP 2004-192773 A

従来、燃料電池の発電効率を向上させる等、燃料電池の制御を行うために必要となる燃料電池内の水分量を推定(測定)することが行われている。ここで、燃料電池内の水分量を推定する方法としては、燃料電池における水分の入出量および発生量を積算する方法が採用されている。しかし、積算による算出は、積算を続けることによって誤差が蓄積するという問題を有する。   Conventionally, estimating (measuring) the amount of water in the fuel cell that is required to control the fuel cell, such as improving the power generation efficiency of the fuel cell, has been performed. Here, as a method of estimating the amount of water in the fuel cell, a method of integrating the amount of moisture in and out of the fuel cell and the amount generated is employed. However, calculation by integration has a problem that errors accumulate due to continued integration.

そこで、この蓄積する誤差を解消するために、計測された燃料電池の抵抗に基づいて燃料電池内の水分量を算出し、算出された値で、積算された推定水分量を定期的にリセットする方法が採用される。しかし、燃料電池内の水分量と、燃料電池において計測される抵抗とは必ずしも一意に対応しない場合があるため、不正確な水分量が算出され、リセットを行っても誤差の問題を解決できない場合がある。   Therefore, in order to eliminate this accumulated error, the moisture content in the fuel cell is calculated based on the measured resistance of the fuel cell, and the accumulated estimated moisture content is periodically reset with the calculated value. The method is adopted. However, the amount of water in the fuel cell and the resistance measured in the fuel cell may not necessarily correspond uniquely, so an inaccurate amount of water is calculated, and resetting cannot solve the error problem There is.

本発明は、上記した問題に鑑み、燃料電池内の水分量を推定するにあたって、推定水分量の誤差を低減させることを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to reduce an error in an estimated moisture amount when estimating the moisture amount in a fuel cell.

本発明は、上記した課題を解決するために、燃料電池の抵抗から燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、抵抗に基づく水分量推定とを切り換えて推定水分量を算出することで、推定水分量の誤差を低減させることを可能にした。   In order to solve the above-described problems, the present invention determines whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state from the resistance of the fuel cell, and based on this determination result, estimates the water amount by integration and determines the resistance. It is possible to reduce the error of the estimated moisture content by calculating the estimated moisture content by switching the moisture content estimation based on the estimated moisture content.

詳細には、本発明は、燃料電池の抵抗を計測する計測手段と、計測された前記抵抗に基づいて、前記燃料電池が、該燃料電池が有する複数の領域のうち含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記燃料電池内の推定水分量を算出する算出手段とを備え、前記算出手段は、前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、前記燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで前記推定水分量を算出し、前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果に基づいて前記推定水分量を算出する、燃料電池内水分量推定システムである。   Specifically, the present invention relates to a measurement unit that measures the resistance of a fuel cell, and based on the measured resistance, the fuel cell has a resistance corresponding to a water content in a plurality of regions of the fuel cell. Only a region where the change is relatively large is wet, a determination unit that determines whether or not a predetermined wet state, and a calculation unit that calculates an estimated amount of water in the fuel cell, the calculation unit includes: When the determination means determines that the fuel cell is not in the predetermined wet state, the estimated moisture amount is calculated by integrating the amount of moisture in and out of the fuel cell and the generation amount, and the determination means determines the When it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the fuel cell moisture amount estimation system calculates the estimated moisture amount based on a measurement result by the measurement means.

ここで、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域とは、一般に、発電への関与が大きい領域である。即ち、発電への関与が大きい領域ほど、含水量に応じた抵抗の変化が大きい。例えば、含水する領域として膜電極接合体、ガス拡散層、および流路を有する燃料電池において、含水量に応じた抵抗の変化が最も大きいのは、膜電極接合体のみが主に水を含む領域である場合である。これに対して、膜電極接合体から水が溢れ、ガス拡散層、続いて流路にも水が多く含まれる状態となると、含水量に応じた抵抗の変化が比較的小さくなるか、または抵抗と含水量との関連性が希薄となる。一般的には、流路まで水が溢れた状態では、発電への関与が大きい膜電極接合体は水浸しであるために、流路における水分量が変化したとしても、抵抗は殆ど変化しない。   Here, the region in which the resistance change according to the water content is relatively large is generally a region in which the participation in power generation is large. That is, the resistance change according to the water content is larger in the region where the power generation is more involved. For example, in a fuel cell having a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, and a flow path as a water-containing region, the greatest change in resistance according to the water content is a region where only the membrane electrode assembly mainly contains water. This is the case. On the other hand, when the membrane electrode assembly overflows with water and the gas diffusion layer and the flow path are also in a state where a lot of water is contained, the resistance change according to the water content becomes relatively small, or the resistance And the relationship between water content and water content is dilute. In general, in a state where water has overflowed to the flow path, the membrane electrode assembly that is greatly involved in power generation is immersed in water, so even if the amount of water in the flow path changes, the resistance hardly changes.

このため、本発明に係る燃料電池内水分量推定システムは、燃料電池が、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きいために、抵抗に基づいて正確な水分量を算出可能な状態(所定の湿潤状態)にあるか否かを、交流インピーダンス法や電流遮断法等を用いて計測された抵抗に基づいて判定する。燃料電池が所定の湿潤状態にあると判定された場合、算出手段は、計測結果(抵抗)に基づいて推定水分量を算出する。   For this reason, in the fuel cell moisture content estimation system according to the present invention, since the fuel cell has a relatively large change in resistance according to the moisture content, it can calculate an accurate moisture content based on the resistance (predetermined In the wet state) based on the resistance measured using the AC impedance method, the current interruption method, or the like. When it is determined that the fuel cell is in a predetermined wet state, the calculation means calculates an estimated moisture amount based on the measurement result (resistance).

対して、所定の湿潤状態にない場合、含水量に応じた抵抗の変化が比較的小さいか、または抵抗と含水量との関連性が希薄であるため、抵抗に基づいて正確な水分量を算出することが出来ない。このため、燃料電池が所定の湿潤状態にないと判定された場合、算出手段は、燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで推定水分量を算出する。   On the other hand, when it is not in a predetermined wet state, the change in resistance according to the moisture content is relatively small, or the relationship between resistance and moisture content is sparse, so an accurate moisture content is calculated based on the resistance. I can't do it. For this reason, when it is determined that the fuel cell is not in a predetermined wet state, the calculation means calculates the estimated moisture amount by integrating the amount of moisture in and out of the fuel cell and the generated amount.

なお、判定手段は、計測された抵抗に基づいて、予め求められた燃料電池の抵抗と湿潤領域との関係を参照することで、燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定する。例えば、計測された抵抗と、予め用意された閾値とを比較することで、燃料電池が所定の湿潤状態にあるか否かを判定することが可能である。   The determining means determines whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state by referring to the relationship between the resistance of the fuel cell and the wet region, which is obtained in advance, based on the measured resistance. For example, it is possible to determine whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state by comparing the measured resistance with a threshold value prepared in advance.

また、本発明において、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記判定に用いられた計測結果と、予め計測された前記所定の湿潤状態における前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。   Further, in the present invention, when it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation means and the measurement result used for the determination, and the fuel in the predetermined wet state measured in advance. The estimated water content may be calculated based on the water content in the battery.

例えば、抵抗と水分量との関係を示すマップや関係式等を参照することで、計測されて判定に用いられた抵抗に応じた水分量を算出することが出来る。   For example, by referring to a map or a relational expression showing the relationship between the resistance and the amount of moisture, the amount of moisture corresponding to the resistance measured and used for determination can be calculated.

前記燃料電池は、領域として膜電極接合体を有し、前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。   The fuel cell has a membrane electrode assembly as a region, and the determination means determines whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state in which only the membrane electrode assembly is wet, and the calculation is performed. When the means determines that the fuel cell is in the predetermined wet state, the measurement result by the measurement means and the moisture in the fuel cell when only the membrane electrode assembly measured in advance is wet. The estimated water amount may be calculated based on the amount.

膜電極接合体は、発電への関与が大きく、含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい。このため、膜電極接合体のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、所定の湿潤状態にある場合には、膜電極接合体における水分量と抵抗の関係に基づいて、計測された抵抗から正確な水分量を算出することが可能である。   The membrane / electrode assembly is greatly involved in power generation, and the resistance change according to the water content is relatively large. For this reason, a state in which only the membrane electrode assembly is wet is defined as a predetermined wet state. When the membrane electrode assembly is in a predetermined wet state, measurement is performed based on the relationship between the amount of water and resistance in the membrane electrode assembly. It is possible to calculate an accurate amount of moisture from the resistance.

また、本発明において、前記燃料電池は、領域として膜電極接合体およびガス拡散層を有し、前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分
量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。
Further, in the present invention, the fuel cell has a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer as regions, and the determination means is that the fuel cell is wet only in the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer. It is determined whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state, and when it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation unit and the membrane electrode measured in advance The estimated moisture content may be calculated based on the moisture content in the fuel cell when only the joined body and the gas diffusion layer are wet.

また、本発明に係るシステムは、前記燃料電池内の水分量を低減させる水分量低減手段を更に備え、前記計測手段は、前記水分量低減が実行されている間に該燃料電池の抵抗を計測してもよい。   In addition, the system according to the present invention further includes a water content reduction means for reducing the water content in the fuel cell, and the measurement means measures the resistance of the fuel cell while the water content reduction is being executed. May be.

掃気処理等を行うことによって燃料電池内の水分量を積極的に低減させ、所定の湿潤状態に達したところで計測手段による計測結果に基づいて推定水分量を算出することで、推定水分量のリセットを行うことが可能である。   Reducing the estimated moisture content by actively reducing the moisture content in the fuel cell by performing a scavenging process, etc., and calculating the estimated moisture content based on the measurement results obtained by the measurement means when a predetermined wet state is reached. Can be done.

また、本発明において、前記水分量低減手段は、前記燃料電池の運転終了時に前記水分量低減を行い、前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、該判定から該燃料電池の次回起動時までに、前記推定水分量を算出してもよい。   Further, in the present invention, the water content reduction means performs the water content reduction at the end of the operation of the fuel cell, and the calculation means determines that the fuel cell is in the predetermined wet state, The estimated water content may be calculated from the determination until the next start of the fuel cell.

燃料電池の運転終了時に水分量低減を行い、次回起動時までにリセットを行うことで、次回起動時に、誤差の少ない推定水分量に基づいて、燃料電池の制御を行うことが可能となる。なお、終了時以外にも、定期的に水分量低減を行い、推定水分量をリセットすることとしてもよい。   By reducing the amount of water at the end of the operation of the fuel cell and performing a reset before the next start-up, the fuel cell can be controlled at the next start-up based on the estimated amount of water with less error. In addition, it is good also as resetting the estimated water content by periodically reducing the water content other than at the end.

本発明によって、燃料電池内の水分量を推定するにあたって、推定水分量の誤差を低減させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce an error in the estimated moisture amount when estimating the moisture amount in the fuel cell.

本発明に係る燃料電池内水分量推定システムを備える燃料電池システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。   Embodiments of a fuel cell system including a fuel cell moisture content estimation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態における燃料電池システムの構成の概略を示した図である。燃料電池システムは、燃料電池10と、燃料ガスを貯蔵するガスタンク21と、燃料ガス通路22と、循環通路25と、燃料オフガス通路30と、空気ブロワ51と、酸化ガス通路52と、酸化オフガス通路53と、計測装置60と、電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する)90と、を備える。燃料電池システムは、ガスタンク21より燃料ガス通路22を通って供給される燃料ガスと、空気ブロワ51より酸化ガス通路52を通って供給される酸化ガスと、による電気化学反応を燃料電池10内で進行させることで、発電を行う。   FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system in the present embodiment. The fuel cell system includes a fuel cell 10, a gas tank 21 for storing fuel gas, a fuel gas passage 22, a circulation passage 25, a fuel off-gas passage 30, an air blower 51, an oxidizing gas passage 52, and an oxidizing off-gas passage. 53, a measuring device 60, and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 90. The fuel cell system performs an electrochemical reaction in the fuel cell 10 by the fuel gas supplied from the gas tank 21 through the fuel gas passage 22 and the oxidizing gas supplied from the air blower 51 through the oxidizing gas passage 52. Electric power is generated by advancing.

燃料ガス通路22には、減圧弁23及び流量制御弁24が設けられている。ガスタンク21から燃料電池10に供給される燃料ガスは、減圧弁23によって所定の圧力に減圧され、流量制御弁24によって流量を調整されて、燃料ガス通路22を通って燃料電池10に供給される。燃料電池10内を通過した燃料ガスは、循環通路25へ排出される。   A pressure reducing valve 23 and a flow control valve 24 are provided in the fuel gas passage 22. The fuel gas supplied from the gas tank 21 to the fuel cell 10 is reduced to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 23, the flow rate is adjusted by the flow rate control valve 24, and supplied to the fuel cell 10 through the fuel gas passage 22. . The fuel gas that has passed through the fuel cell 10 is discharged to the circulation passage 25.

循環通路25には、循環ポンプ26が設けられている。循環ポンプ26によって、燃料電池10から排出された燃料ガスを燃料ガス通路22に戻し、燃料電池10に単位時間当たりに供給される水素ガス流量を増やすことが可能となる。   A circulation pump 26 is provided in the circulation passage 25. The circulation pump 26 can return the fuel gas discharged from the fuel cell 10 to the fuel gas passage 22 and increase the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 per unit time.

燃料オフガス通路30には、パージ弁31が設けられている。燃料ガスは、循環によってガス内の水素ガス濃度が低下するため、パージ弁31を制御することによって、水素ガス濃度の低い燃料オフガスを循環通路25から燃料オフガス通路30に排出し、流量制御弁24を制御することによって、ガスタンク21から水素ガス濃度の高い燃料ガスを供給する。   A purge valve 31 is provided in the fuel off-gas passage 30. Since the hydrogen gas concentration in the gas decreases due to the circulation of the fuel gas, the purge valve 31 is controlled to discharge the fuel off-gas having a low hydrogen gas concentration from the circulation passage 25 to the fuel off-gas passage 30 and the flow control valve 24. By controlling the above, fuel gas having a high hydrogen gas concentration is supplied from the gas tank 21.

計測装置60は、燃料電池10のインピーダンスを計測する。計測装置60は、本発明の計測手段に相当する。計測手段によって計測されたインピーダンスは、ECU90へ送られる。   The measuring device 60 measures the impedance of the fuel cell 10. The measuring device 60 corresponds to the measuring means of the present invention. The impedance measured by the measuring means is sent to the ECU 90.

ECU90は、CPUの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するROM、RAM等を備えており、燃料電池システム全体の各要素を制御する。パージ弁31、減圧弁23、および流量制御弁24は、ECU90によって開閉制御される。これらの制御は、燃料電池内の推定水分量を含む燃料電池の状態に基づいて、燃料電池の発電効率が最適となるように調整される。   In addition to the CPU, the ECU 90 includes a ROM, a RAM, and the like that store various programs and maps to be described later, and controls each element of the entire fuel cell system. The purge valve 31, the pressure reducing valve 23, and the flow rate control valve 24 are controlled to open and close by the ECU 90. These controls are adjusted so that the power generation efficiency of the fuel cell is optimized based on the state of the fuel cell including the estimated amount of water in the fuel cell.

ECU90は、計測装置60によって計測されたインピーダンスに基づいて、燃料電池10が、後述する所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定の結果に従って、水分量の収支を積算する方法、またはインピーダンスに基づいて算出する方法の何れかの方法を用いて、燃料電池10内の水分量の推定値である推定水分量を算出する。即ち、ECU90は、本発明の判定手段に相当する判定部91、および本発明の算出手段に相当する算出部92、として機能する。   The ECU 90 determines whether or not the fuel cell 10 is in a predetermined wet state, which will be described later, based on the impedance measured by the measuring device 60, and integrates the moisture balance according to the determination result. Alternatively, an estimated water amount that is an estimated value of the water amount in the fuel cell 10 is calculated using any one of the methods of calculating based on the impedance. That is, the ECU 90 functions as a determination unit 91 corresponding to the determination unit of the present invention and a calculation unit 92 corresponding to the calculation unit of the present invention.

図2は、本実施形態における燃料電池10を構成するセルの概略断面図である。燃料電池10は、セルが1つまたは複数積層されることで構成され、酸化ガス流路16を内面に有するカソード側セパレータ11、カソード側ガス拡散層12、膜電極接合体13、アノード側ガス拡散層14、燃料ガス流路17を内面に有するアノード側セパレータ15が順に積層されてなり、供給される反応ガスによる電気化学反応を膜電極接合体13において進行させることで、発電を行う。反応ガスは、図示しない燃料タンクより供給される燃料ガスおよび外気より取得されて供給される酸化ガスである。酸化ガスはカソード側ガス拡散層12に供給され、燃料ガスはアノード側ガス拡散層14に供給される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the cells constituting the fuel cell 10 in the present embodiment. The fuel cell 10 is configured by stacking one or a plurality of cells, and includes a cathode side separator 11 having an oxidizing gas channel 16 on the inner surface, a cathode side gas diffusion layer 12, a membrane electrode assembly 13, and an anode side gas diffusion. The anode separator 15 having the layer 14 and the fuel gas flow path 17 on the inner surface is sequentially laminated, and power is generated by causing an electrochemical reaction by the supplied reaction gas to proceed in the membrane electrode assembly 13. The reaction gas is a fuel gas supplied from a fuel tank (not shown) and an oxidizing gas obtained from the outside air and supplied. The oxidizing gas is supplied to the cathode side gas diffusion layer 12, and the fuel gas is supplied to the anode side gas diffusion layer 14.

次に、燃料電池10内における、湿潤である領域とインピーダンスとの関係について説明する。図3は、本実施形態に係る燃料電池10全体における水分量とインピーダンスとの関係を示すグラフである。グラフは、横軸に燃料電池10全体における水分量QFCを示し、縦軸に、水分量QFCに対応するインピーダンスRFCを示す。 Next, the relationship between the wet region and the impedance in the fuel cell 10 will be described. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the moisture content and the impedance in the entire fuel cell 10 according to the present embodiment. In the graph, the horizontal axis represents the moisture content Q FC in the entire fuel cell 10, and the vertical axis represents the impedance R FC corresponding to the moisture content Q FC .

グラフ中の、符号Aが示す範囲(以下、「範囲A」と称する。)は、主に水を含む領域が膜電極接合体13のみである場合に相当する範囲である。即ち、範囲Aは、実際に発電が行われている膜電極接合体13における水分量の変化を示す範囲であり、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が大きい。   The range indicated by the symbol A (hereinafter referred to as “range A”) in the graph is a range corresponding to the case where the region mainly containing water is only the membrane electrode assembly 13. That is, the range A is a range indicating a change in the amount of moisture in the membrane electrode assembly 13 where power is actually generated, and the amount of change in impedance with respect to the amount of change in moisture is large.

また、符号Bが示す範囲(範囲B)は、主に水を含む範囲が膜電極接合体13およびガス拡散層12、14である場合に相当する範囲である。即ち、範囲Bは、既に膜電極接合体13から水分が溢れて含水領域がガス拡散層12、14まで広がっている状態における水分量の変化を示す範囲であり、範囲Aに比して、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が小さい。   Further, the range indicated by the symbol B (range B) is a range corresponding to the case where the range mainly containing water is the membrane electrode assembly 13 and the gas diffusion layers 12 and 14. That is, the range B is a range showing a change in the amount of moisture in a state where water has already overflowed from the membrane electrode assembly 13 and the water-containing region has spread to the gas diffusion layers 12 and 14. The amount of change in impedance relative to the amount of change in amount is small.

符号Cが示す範囲(範囲C)は、主に水を含む範囲が膜電極接合体13、ガス拡散層12、14および流路16、17である場合に相当する範囲である。即ち、範囲Cは、ガス拡散層12、14からも水分が溢れ、含水領域が流路16、17まで達している状態における水分量の変化を示す範囲である。この場合、インピーダンスに直接関連する膜電極接合体13およびガス拡散層12、14は水浸しの状態であるため、全体の水分量が変化しても、インピーダンスの変化は殆ど見られない。   The range indicated by the symbol C (range C) is a range corresponding to the case where the range mainly containing water is the membrane electrode assembly 13, the gas diffusion layers 12 and 14, and the flow paths 16 and 17. That is, the range C is a range showing a change in the amount of moisture in a state in which moisture overflows from the gas diffusion layers 12 and 14 and the water-containing region reaches the channels 16 and 17. In this case, since the membrane electrode assembly 13 and the gas diffusion layers 12 and 14 that are directly related to the impedance are in a water-immersed state, even if the entire water amount changes, the impedance hardly changes.

ここで、図2および図3を参照して、ECU90による湿潤状態の判定処理および推定
水分量の算出処理について説明する。はじめに、ECU90は、計測されたインピーダンスと、RFC1(図3を参照)とを比較する。計測されたインピーダンスがRFC1より大である場合、図3のグラフによって示されるインピーダンスと水分量との関係の通り(図3の範囲Aを参照)、水分量はQFC1より小である。このことは、インピーダンスが計測され
た時点において、主に水を含む範囲が膜電極接合体13のみであることを意味する。
Here, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a wet state determination process and an estimated moisture amount calculation process performed by the ECU 90 will be described. First, the ECU 90 compares the measured impedance with R FC1 (see FIG. 3). When the measured impedance is larger than R FC1 , the moisture content is smaller than Q FC1 as shown in the relationship between the impedance and the moisture content shown by the graph in FIG. 3 (see range A in FIG. 3). This means that the range mainly containing water is only the membrane electrode assembly 13 at the time when the impedance is measured.

つまり、ECU90は、計測されたインピーダンスと、RFC1とを比較することで、燃
料電池10における主に水を含む範囲が何れの領域まで達しているかを判断することが出来る。本実施形態においては、主に水を含む領域が膜電極接合体13のみである状態(範囲A)を、「所定の湿潤状態」とする。
In other words, the ECU 90 can determine to which region the range including mainly water in the fuel cell 10 has reached by comparing the measured impedance and R FC1 . In the present embodiment, a state (range A) in which the region mainly containing water is only the membrane electrode assembly 13 is defined as a “predetermined wet state”.

先述の通り、主に水を含む領域が膜電極接合体13のみである場合、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が大きい。このため、燃料電池10が所定の湿潤状態にあると判定された場合、ECU90は、計測されたインピーダンスと、予め計測された所定の湿潤状態における燃料電池10内の水分量との関係に基づいて推定水分量を算出することで、正確な推定水分量を得ることが出来る。より具体的には、所定の湿潤状態におけるインピーダンスと水分量との関係を有するマップ(図3の範囲Aにおけるインピーダンスと水分量との関係を示したもの)を参照する方法や、所定の湿潤状態におけるインピーダンスと水分量との関係を表す関係式を用いる方法、インピーダンスに対応する水分量をQFC1等の固定値とする方法、等の方法を用いて、推定水分量が算出される。 As described above, when the region mainly containing water is only the membrane electrode assembly 13, the amount of change in impedance with respect to the amount of change in water content is large. For this reason, when it is determined that the fuel cell 10 is in the predetermined wet state, the ECU 90 is based on the relationship between the measured impedance and the amount of water in the fuel cell 10 in the predetermined wet state that is measured in advance. By calculating the estimated moisture content, an accurate estimated moisture content can be obtained. More specifically, a method of referring to a map (relationship between impedance and water content in range A in FIG. 3) having a relationship between impedance and water content in a predetermined wet state, or a predetermined wet state The estimated water amount is calculated using a method such as a method using a relational expression representing the relationship between the impedance and the water amount in the method, a method of setting the water amount corresponding to the impedance to a fixed value such as QFC1, and the like.

計測されたインピーダンスがRFC1以下である場合、即ち、主に水を含む領域が膜電極
接合体13以外にも存在する場合、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が小さい(図3の範囲BおよびCを参照)。このため、燃料電池10が所定の湿潤状態にないと判定された場合、ECU90は、燃料電池10における水分の入出量および発生量を積算することで、推定水分量を算出する。燃料電池10内の水分量は、主に、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分と、酸化オフガスと共に排出される水分と、燃料ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分と、燃料オフガスと共に排出される水分と、発電に伴って生成される水分と、によって増減する。このため、ECU90は、単位時間当りの、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量qAirIn、酸化オフガスと
共に排出される水分量qAirOut、燃料ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量qH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量qH2Out、および発電に伴って生成される水
分量qGenを夫々算出し、これらを合計することで単位時間当りの水分量の収支を算出す
る。そして、ECU90は、単位時間当りの水分量の収支を時間の経過に従って積算することで、燃料電池10内の推定水分量QFCを算出する。
When the measured impedance is R FC1 or less, that is, when a region mainly containing water exists in addition to the membrane electrode assembly 13, the amount of change in impedance with respect to the amount of change in moisture is small (range in FIG. 3). See B and C). For this reason, when it is determined that the fuel cell 10 is not in a predetermined wet state, the ECU 90 calculates an estimated moisture amount by integrating the amount of moisture in and out of the fuel cell 10 and the generated amount. The amount of water in the fuel cell 10 mainly includes the moisture taken into the fuel cell 10 together with the oxidizing gas, the moisture discharged together with the oxidizing off gas, the moisture taken into the fuel cell 10 together with the fuel gas, and the fuel off gas. It increases or decreases depending on the moisture that is discharged and the moisture that is generated as a result of power generation. Therefore, ECU 90 is per unit time, the amount of water q Airin to be incorporated into the fuel cell 10 together with the oxidizing gas, water content q AirOut, water content q being taken into the fuel cell 10 together with the fuel gas discharged together with the oxidizing off H2In , the amount of moisture q H2Out discharged together with the fuel off-gas, and the amount of moisture q Gen generated along with power generation are calculated, and the sum of these is calculated to calculate the moisture balance per unit time. Then, ECU 90, by integrating the amount of water balance per unit time over time to calculate the estimated water content Q FC in the fuel cell 10.

ここで、単位時間当たりに取り込まれる水分量、および排出される水分量を取得する方法には、実施の形態に適した方法が採用されることが好ましい。例えば、ガスの経路に図示しない流量測定装置、温度測定装置および湿度測定装置を設け、取り込まれる反応ガスおよび排出されるオフガスの流量、温度、および湿度を計測し、ECU90がこれらの計測結果に基づいて単位時間当たりの水分量を算出する方法がある。   Here, it is preferable that a method suitable for the embodiment is adopted as a method of acquiring the amount of water taken in per unit time and the amount of water discharged. For example, a flow rate measurement device, a temperature measurement device, and a humidity measurement device (not shown) are provided in the gas path, and the flow rate, temperature, and humidity of the taken-in reaction gas and exhausted off-gas are measured, and the ECU 90 is based on these measurement results. There is a method for calculating the amount of water per unit time.

また、上記方法の他にも、取り込まれる酸化ガスに含まれる水分量qAirInを固定値(
例えば、0)とする方法や、排出される酸化オフガスに含まれる水分量qAirOutを飽和水蒸気量とする方法、燃料電池10の運転状態から、予め用意されたマップを用いて算出する方法、加湿モジュールがある場合に、予め用意された水交換率マップを用いて算出する方法、等がある。なお、単位時間当たりの水分量の単位としては、例えばグラム/秒が用いられる。
In addition to the above method, the moisture content q AirIn contained in the oxidant gas taken in is fixed (
For example, a method of 0), a method of setting the amount of water q AirOut contained in the exhausted oxidizing off gas to a saturated water vapor amount, a method of calculating from the operating state of the fuel cell 10 using a map prepared in advance, humidification When there is a module, there is a method of calculating using a water exchange rate map prepared in advance. As a unit of moisture amount per unit time, for example, gram / second is used.

単位時間当りの、発電に伴って生成される水分量qGenを取得する方法としては、酸化
ガスおよび燃料ガスの供給量を含む燃料電池10の運転状態に基づいて、予め用意された生成水分量のマップを用いて算出する方法等がある。但し、生成水分量を取得する方法は、上記方法に限定されず、実施の形態に適した方法が採用されることが好ましい。
As a method for obtaining the amount of water q Gen generated with power generation per unit time, the amount of water generated in advance prepared based on the operating state of the fuel cell 10 including the supply amount of oxidizing gas and fuel gas. There is a method of calculating using the map. However, the method for obtaining the amount of generated water is not limited to the above method, and a method suitable for the embodiment is preferably employed.

ECU90は、このようにして取得された、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量qAirIn、酸化オフガスと共に排出される水分量qAirOut、燃料ガスと共に燃
料電池10内に取り込まれる水分量qH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量qH2Out、および発電に伴って生成される水分量qGenを、時間の経過に従って積算し(例えば、以下の式を参照)、推定水分量を算出する。
FC=∫(qGen+qAirIn+qH2In−qAirOut−qH2Out)dt
ECU90 is this way is obtained, the water content q Airin to be incorporated into the fuel cell 10 together with the oxidizing gas, water content q AirOut discharged together with the oxidizing off gas, water content q to be incorporated into the fuel cell 10 with fuel gas H2In , the amount of water q H2Out discharged together with the fuel off-gas, and the amount of water q Gen generated with power generation are integrated over time (for example, refer to the following equation) to calculate the estimated amount of water.
Q FC = ∫ (q Gen + q AirIn + q H2In −q AirOut −q H2Out ) dt

次に、本実施形態における処理の流れを説明する。図4は、本実施形態における燃料電池内水分量推定処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、燃料電池10の運転開始とともに開始され、その後、燃料電池10が運転を終了するまで繰り返し実行される。   Next, the flow of processing in this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the fuel cell moisture content estimation process in the present embodiment. The process shown in this flowchart is started when the operation of the fuel cell 10 is started, and then repeatedly executed until the fuel cell 10 finishes the operation.

ステップS101では、インピーダンスが計測される。計測装置60は、交流インピーダンス法を用いて発電中の燃料電池10のインピーダンスを計測し、計測結果をECU90へ出力する。その後、処理はステップS102へ進む。   In step S101, the impedance is measured. The measuring device 60 measures the impedance of the fuel cell 10 during power generation using the alternating current impedance method, and outputs the measurement result to the ECU 90. Thereafter, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、燃料電池10が所定の湿潤状態にあるか否かが判定される。ECU90は、ステップS101で計測されたインピーダンスを受け取り、このインピーダンスを、RFC1(図3を参照)と比較することで、燃料電池10が所定の湿潤状態にある
か否かを判定する。本実施形態において、ECU90は、計測されたインピーダンスがRFC1より大である場合に、燃料電池10が所定の湿潤状態にあると判定する。燃料電池1
0が所定の湿潤状態にあると判定された場合、処理はステップS103へ進む。ECU90は、計測されたインピーダンスがRFC1以下である場合、燃料電池10が所定の湿潤状
態ではないと判定する。燃料電池10が所定の湿潤状態にないと判定された場合、処理はステップS104へ進む。
In step S102, it is determined whether or not the fuel cell 10 is in a predetermined wet state. The ECU 90 receives the impedance measured in step S101 and compares this impedance with R FC1 (see FIG. 3) to determine whether or not the fuel cell 10 is in a predetermined wet state. In the present embodiment, the ECU 90 determines that the fuel cell 10 is in a predetermined wet state when the measured impedance is greater than R FC1 . Fuel cell 1
If it is determined that 0 is in the predetermined wet state, the process proceeds to step S103. The ECU 90 determines that the fuel cell 10 is not in a predetermined wet state when the measured impedance is R FC1 or less. If it is determined that the fuel cell 10 is not in a predetermined wet state, the process proceeds to step S104.

ステップS103では、計測されたインピーダンスに基づいて、推定水分量が算出される。ECU90は、図示しない記憶装置に記憶された、予め用意されたマップを参照することで、ステップS101で計測されたインピーダンスに対応する推定水分量を算出する。ここで用いられるマップは、図3に示すグラフのうち範囲Aにおけるインピーダンスと水分量との対応関係を有するマップである。なお、本実施形態では、マップを用いて算出することとしたが、先述の通り、マップを参照する以外の算出方法が採用されてもよい。例えば、対応関係を示す関係式(近似直線等)を用いる方法や、固定値(例えばQFC1
に決定される方法が採用されてもよい。その後、処理はステップS101へ進む。
In step S103, an estimated moisture amount is calculated based on the measured impedance. The ECU 90 calculates an estimated moisture amount corresponding to the impedance measured in step S101 by referring to a map prepared in advance stored in a storage device (not shown). The map used here is a map having a correspondence relationship between the impedance and the amount of moisture in the range A in the graph shown in FIG. In the present embodiment, the calculation is performed using the map. However, as described above, a calculation method other than referring to the map may be employed. For example, a method using a relational expression (approximate straight line or the like) indicating a correspondence relationship, or a fixed value (eg QFC1 )
The method determined in (1) may be adopted. Thereafter, the process proceeds to step S101.

ステップS104では、積算によって、推定水分量が算出される。ECU90は、単位時間当りの水分量の収支を積算することで、推定水分量を算出する。ECU90は、単位時間当りの、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量、酸化オフガスと共に排出される水分量、燃料ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量、燃料オフガスと共に排出される水分量、および発電に伴って生成される水分量を夫々算出し、これらを合計することで単位時間当りの水分量の収支を算出する。そして、ECU90は、単位時間当りの水分量の収支を積算することで、燃料電池10内の推定水分量を算出する。その後、処理はステップS101へ進む。   In step S104, the estimated moisture amount is calculated by integration. The ECU 90 calculates the estimated moisture amount by integrating the balance of the moisture amount per unit time. The ECU 90 per unit time includes the amount of moisture taken into the fuel cell 10 together with the oxidizing gas, the amount of moisture discharged together with the oxidizing off gas, the amount of moisture taken into the fuel cell 10 together with the fuel gas, and the moisture discharged together with the fuel off gas. The amount of water and the amount of water generated with power generation are calculated, and the sum of these is calculated to calculate the balance of the amount of water per unit time. Then, the ECU 90 calculates the estimated moisture amount in the fuel cell 10 by integrating the moisture balance per unit time. Thereafter, the process proceeds to step S101.

即ち、本実施形態に拠れば、インピーダンスから燃料電池10が所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、インピーダンスに
基づく水分量推定とを切り換えて推定水分量を算出することで、推定水分量の誤差を低減させることが出来る。また、誤差の少ない推定水分量が得られるため、推定水分量に基づいて、より効果的に燃料電池を制御することが可能となる。
That is, according to the present embodiment, it is determined whether or not the fuel cell 10 is in a predetermined wet state from the impedance, and based on this determination result, the moisture amount estimation based on the integration and the moisture amount estimation based on the impedance are performed. By calculating the estimated moisture amount by switching, the error of the estimated moisture amount can be reduced. In addition, since an estimated moisture amount with less error is obtained, the fuel cell can be more effectively controlled based on the estimated moisture amount.

上述の実施形態では、膜電極接合体13のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、計測されたインピーダンスがRFC1より大である場合に、燃料電池が所定の湿潤状
態にあると判断したが、膜電極接合体13およびガス拡散層12、14のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、計測されたインピーダンスがRFC2より大である場合
に、燃料電池が所定の湿潤状態にあると判断してもよい。
In the above-described embodiment, a state where only the membrane electrode assembly 13 is wet is defined as a predetermined wet state, and the fuel cell is in the predetermined wet state when the measured impedance is larger than R FC1. However, when only the membrane electrode assembly 13 and the gas diffusion layers 12 and 14 are wet, a predetermined wet state is defined, and when the measured impedance is larger than RFC2 , the fuel cell You may judge that it exists in a predetermined wet state.

なお、RFC2を基準として湿潤状態を判定する場合、インピーダンスに基づく推定水分
量の算出には、図3の範囲Aおよび範囲Bにおけるインピーダンスと水分量との関係を示すマップ、関係式、または固定値等が用いられる。
When the wet state is determined based on R FC2 , a map, a relational expression, or a fixed value indicating the relationship between the impedance and the moisture amount in the ranges A and B in FIG. 3 is used for calculating the estimated moisture amount based on the impedance. A value or the like is used.

また、燃料電池10の運転終了前に掃気を行うことで燃料電池10内の水分量を低減させ、燃料電池10が所定の湿潤状態に達したところで上記計測インピーダンスに基づいて推定水分量を算出することで、推定水分量のリセットを行うこととしてもよい。この場合、ECU90は、掃気中に計測装置60による計測結果を監視し、インピーダンスがRFC1を超えた、即ち、主に水を含む領域が膜電極接合体13のみとなったことを検出し、推
定水分量を、計測インピーダンスに基づいて算出された値でリセットする。計測インピーダンスに基づく推定水分量の算出には、上述の実施形態と同様に、マップ参照方式、関係式による方式、固定値方式等、実施の形態に適した方式が採用されてよい。なお、リセットが行われるタイミングは、燃料電池10の運転終了前であってもよいし、次回起動時であってもよい。
In addition, the amount of water in the fuel cell 10 is reduced by scavenging before the operation of the fuel cell 10 is completed, and the estimated amount of water is calculated based on the measured impedance when the fuel cell 10 reaches a predetermined wet state. Thus, the estimated water content may be reset. In this case, the ECU 90 monitors the measurement result by the measuring device 60 during scavenging, and detects that the impedance exceeds R FC1 , that is, the region containing mainly water is only the membrane electrode assembly 13. The estimated moisture amount is reset with a value calculated based on the measured impedance. For the calculation of the estimated moisture amount based on the measured impedance, a method suitable for the embodiment, such as a map reference method, a relational expression method, a fixed value method, or the like may be employed, as in the above-described embodiment. Note that the timing at which the reset is performed may be before the end of the operation of the fuel cell 10 or may be at the next startup.

終了時掃気としては、氷点下起動のために燃料電池10内の水分量を低減させる終了時掃気や、通常の終了時に行われる終了時掃気等がある。氷点下起動のための終了時掃気では、燃料電池10内の水分の凍結を防止するために、所定の湿潤状態の判断のための閾値をRFC1とすることが好ましいが、通常の終了時に行われる終了時掃気では、所定の湿潤
状態の判断のための閾値をRFC2としてもよい。
As the end scavenging, there are end scavenging for reducing the amount of water in the fuel cell 10 for activation below the freezing point, end scavenging performed at the normal end, and the like. In the scavenging at the end for starting below the freezing point, it is preferable to set the threshold value for determining a predetermined wet state to R FC1 in order to prevent the water in the fuel cell 10 from freezing. In the end scavenging, a threshold value for determining a predetermined wet state may be RFC2 .

このように、運転終了前に掃気を行うことで、次回の運転開始時に、より正確な推定水分量に基づいて燃料電池の運転を制御することが可能となる。なお、運転終了時とは別に、定期的に掃気を行うことで、定期的に推定水分量をリセットすることとしてもよい。   In this way, by performing scavenging before the end of the operation, it is possible to control the operation of the fuel cell based on a more accurate estimated moisture amount at the start of the next operation. In addition, it is good also as resetting an estimated water | moisture content regularly by scavenging regularly separately from the time of completion | finish of a driving | operation.

また、燃料電池10が発電を行っていない状態等、インピーダンスの計測ができない状態においても、所定の(例えば、一定時間の)掃気を行うことで、燃料電池が所定の湿潤状態となったとみなして、推定水分量のリセットを行うことが出来る。このようにすることで、インピーダンスの計測が出来ない状況下においても、推定水分量のリセットを行い、誤差を解消することが出来る。   Further, even in a state where impedance measurement cannot be performed, such as a state where the fuel cell 10 is not generating power, it is considered that the fuel cell is in a predetermined wet state by performing a predetermined (for example, a fixed time) scavenging. The estimated moisture content can be reset. By doing in this way, even in the situation where impedance cannot be measured, the estimated moisture amount can be reset and the error can be eliminated.

実施形態における燃料電池システムの構成の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the structure of the fuel cell system in embodiment. 実施形態における燃料電池を構成するセルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the cell which comprises the fuel cell in embodiment. 実施形態に係る燃料電池全体における水分量とインピーダンスとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the moisture content and the impedance in the whole fuel cell which concerns on embodiment. 実施形態における燃料電池内水分量推定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the moisture content in a fuel cell in embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
11 カソード側セパレータ
12 カソード側ガス拡散層
13 膜電極接合体
14 アノード側ガス拡散層
15 アノード側セパレータ
16 酸化ガス流路
17 燃料ガス流路
21 ガスタンク
51 空気ブロワ
60 計測装置
90 電子制御ユニット(ECU)
91 判定部
92 算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 11 Cathode side separator 12 Cathode side gas diffusion layer 13 Membrane electrode assembly 14 Anode side gas diffusion layer 15 Anode side separator 16 Oxidation gas flow path 17 Fuel gas flow path 21 Gas tank 51 Air blower 60 Measuring device 90 Electronic control unit (ECU)
91 Determination unit 92 Calculation unit

Claims (6)

燃料電池の抵抗を計測する計測手段と、
計測された前記抵抗に基づいて、前記燃料電池が、該燃料電池が有する複数の領域のうち含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、積算による水分量推定と、抵抗に基づく水分量推定とを切り換えて前記燃料電池内の推定水分量を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、前記積算による水分量推定として前記燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで前記推定水分量を算出し、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記抵抗に基づく水分量推定として前記計測手段による計測結果に基づいて前記推定水分量を算出する、
燃料電池内水分量推定システム。
A measuring means for measuring the resistance of the fuel cell;
Based on the measured resistance, whether the fuel cell is in a predetermined wet state in which only a region where the change in resistance according to the water content is relatively large is wet among a plurality of regions of the fuel cell. Determining means for determining whether or not;
Based on the determination result by the determination means, comprising: a calculation means for calculating an estimated moisture amount in the fuel cell by switching between a moisture amount estimation based on integration and a moisture amount estimation based on resistance ;
The calculating means includes
When it is determined by the determination means that the fuel cell is not in the predetermined wet state, the estimated moisture amount is calculated by integrating the moisture input / output amount and the generated amount in the fuel cell as the moisture amount estimation by the integration. And
When the determination unit determines that the fuel cell is in the predetermined wet state, the estimated moisture amount is calculated based on a measurement result by the measurement unit as a moisture amount estimation based on the resistance .
Fuel cell moisture content estimation system.
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記判定に用いられた計測結果と、予め計測された前記所定の湿潤状態における前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項1に記載の燃料電池内水分量推定システム。
When it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation means includes a measurement result used for the determination, and a moisture amount in the fuel cell in the predetermined wet state measured in advance. Calculating the estimated moisture content based on
The fuel cell moisture content estimation system according to claim 1.
前記燃料電池は、領域として膜電極接合体を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項2に記載の燃料電池内水分量推定システム。
The fuel cell has a membrane electrode assembly as a region,
The determination means determines whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state in which only the membrane electrode assembly is wet;
When it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation means includes a measurement result obtained by the measurement means, and the inside of the fuel cell when only the membrane electrode assembly measured in advance is wet. And calculating the estimated water content based on the water content of
The fuel cell moisture content estimation system according to claim 2.
前記燃料電池は、領域として膜電極接合体およびガス拡散層を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤
である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項2に記載の燃料電池内水分量推定システム。
The fuel cell has a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer as regions,
The determination means determines whether or not the fuel cell is in a predetermined wet state in which only the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer are wet;
In the case where it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation means, when the measurement result by the measurement means, and only the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer measured in advance are wet Calculating the estimated moisture content based on the moisture content in the fuel cell of
The fuel cell moisture content estimation system according to claim 2.
前記燃料電池内の水分量を低減させる水分量低減手段を更に備え、
前記計測手段は、前記水分量低減が実行されている間に該燃料電池の抵抗を計測する、
請求項1から4の何れか1に記載の燃料電池内水分量推定システム。
Further comprising water content reducing means for reducing the water content in the fuel cell;
The measuring means measures the resistance of the fuel cell while the water content reduction is being performed;
The fuel cell moisture content estimation system according to any one of claims 1 to 4.
前記水分量低減手段は、前記燃料電池の運転終了時に前記水分量低減を行い、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、該判定から該燃料電池の次回起動時までに、前記推定水分量を算出する、
請求項5に記載の燃料電池内水分量推定システム。
The moisture content reducing means performs the moisture content reduction at the end of operation of the fuel cell,
When it is determined that the fuel cell is in the predetermined wet state, the calculation means calculates the estimated moisture amount from the determination to the next startup of the fuel cell.
The fuel cell moisture content estimation system according to claim 5.
JP2007174798A 2007-07-03 2007-07-03 Fuel cell moisture content estimation system Expired - Fee Related JP5151275B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007174798A JP5151275B2 (en) 2007-07-03 2007-07-03 Fuel cell moisture content estimation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007174798A JP5151275B2 (en) 2007-07-03 2007-07-03 Fuel cell moisture content estimation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009016102A JP2009016102A (en) 2009-01-22
JP5151275B2 true JP5151275B2 (en) 2013-02-27

Family

ID=40356778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007174798A Expired - Fee Related JP5151275B2 (en) 2007-07-03 2007-07-03 Fuel cell moisture content estimation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5151275B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6237715B2 (en) * 2015-06-23 2017-11-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2017168299A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 Flooding determination method in fuel battery system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4259088B2 (en) * 2002-10-25 2009-04-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP4590819B2 (en) * 2002-12-12 2010-12-01 ソニー株式会社 Fuel cell system and fuel cell operating method
JP2005209634A (en) * 2003-12-26 2005-08-04 Honda Motor Co Ltd Control method in operation stop of fuel cell and its device
JP2006216255A (en) * 2005-02-01 2006-08-17 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and method of controlling the same
JP2007048487A (en) * 2005-08-05 2007-02-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2007052936A (en) * 2005-08-15 2007-03-01 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2007134287A (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Yokogawa Electric Corp Estimation device and estimation method of fuel cell
JP4940640B2 (en) * 2005-11-30 2012-05-30 株式会社デンソー Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009016102A (en) 2009-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5482897B2 (en) Method for estimating the amount of liquid water inside a fuel cell, method for estimating the amount of liquid water discharged from a fuel cell, device for estimating the amount of liquid water inside a fuel cell, and fuel cell system
JP4710246B2 (en) Fuel cell system
US8158293B2 (en) Fuel cell system
JP3880898B2 (en) Hydrogen purge control device
JP4978007B2 (en) Fuel cell system
JP5549735B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
US9269973B2 (en) Operating method of fuel cell system
JP4649308B2 (en) Fuel cell system
JP5231750B2 (en) Fuel cell system
JP5003792B2 (en) Fuel cell system
JP5123568B2 (en) Fuel cell system and air flow control method thereof
JP2010080434A (en) Fuel cell system
JP2008293824A (en) Fuel cell system
JP2017182943A (en) Method for controlling fuel cell system
JP6137124B2 (en) Fuel cell system and vehicle equipped with fuel cell
JP2007165103A (en) Fuel cell system, its operation method, and movable body
JP5225702B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP6555169B2 (en) Control method of fuel cell system
JP5151275B2 (en) Fuel cell moisture content estimation system
JP5076293B2 (en) Fuel cell system
JP2007324071A (en) Fuel cell system
JP5103877B2 (en) Fuel cell system
JP2006228528A (en) Fuel cell system
JP2008021448A (en) Fuel cell system and fuel cell control method
JP2012004032A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120807

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121119

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151214

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5151275

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151214

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees